Este documento trata sobre los fundamentos del control de sólidos en perforación. Explica que el control de sólidos es importante para remover los sólidos indeseables y mejorar la operación. Describe los diferentes tipos de sólidos, incluyendo reactivos, no reactivos, deseables e indeseables. También explica los métodos para determinar la cantidad y tipo de sólidos, así como los beneficios del control efectivo de sólidos.

1. Fundamentos del Control de Sólidos
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2. INTRODUCCIÓN
Este fundamento trata sobre los diferentes mecanismos de Control de
Sólidos y los equipos que integran el sistema de circulación, utilizados en
perforación para remover eficientemente los sólidos indeseables, con la
finalidad de minimizar el impacto ambiental y los problemas operacionales
que puedan suceder durante el proceso de perforación.
OBJETIVO GENERAL
Remover mecánicamente los sólidos perforados durante el proceso de
perforación de acuerdo a su tamaño y a su gravedad especifica.
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3. ¿QUE ES CONTROL DE SÓLIDOS?
El control de sólidos es la función más importante en el tratamiento de un
fluido de perforación.
Es una función preventiva, que consiste en mantener en un porcentaje
mínimo los sólidos no reactivos de formación.
TIPOS DE SÓLIDOS
Los sólidos constituyen la fase dispersa del fluido y pueden ser:
reactivos, no reactivos, deseables e indeseables.
SÓLIDOS
Reactivos No reactivos
Baja Grav. Esp Baja Grav Esp Alta Grav. Esp
Indeseable Deseables
Agregados Formación
Formación Agregados
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4. Bentonita Arcilla
Corte Arena Sedimento Barita
Sólidos Reactivos
Se caracterizan por ser de baja gravedad y tener cargas eléctricas. De
acuerdo a su origen pueden ser: agregados (comerciales).
ejemplo: Bentonita e incorporados (formación) ejemplo: arcillas.
Estos sólidos arcillosos alcanzan el tamaño coloidal cuando están
totalmente hidratados y son los únicos que forman revoques lisos,
delgados, flexibles de baja permeabilidad y altamente compresibles, que
facilitan el control de filtrado. Además, incrementan las propiedades
reologicas del fluido y, en consecuencia, mejoran su capacidad de
limpieza y suspensión.
Cuando estos tipos de sólidos se encuentran en porcentajes elevados,
causan la floculación del fluido y en este caso se trata mecánicamente
utilizando una centrifuga de altas revoluciones.
Sólidos No Reactivos
Estos sólidos no poseen cargas eléctricas y pueden ser de alta o baja
gravedad especifica. Estos tipos de sólidos ya sean de baja o alta
gravedad específica:
- Disminuyen la tasa de penetración (ROP)
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5. - Aumentan la viscosidad plástica
- Forman revoques gruesos que reducen el espacio anular, y en
consecuencia incrementan la posibilidad de un atascamiento diferencial
- Originan problemas de torque y arrastre en la tubería de perforación.
Deseables
La barita es un sólido no reactivo de alta gravedad, clasificada como
sedimento, es deseable siempre que no se encuentre en tamaño ultra fino
o coloidal, porque causas severos problemas de floculación, sobre todo en
fluidos muy pesados. En este caso se debe recurrir a su remoción con una
centrifuga de alta. (¿?)
La barita es un producto que se utiliza como material densificante y de
acuerdo con (A.P.I), debe tener una gravedad específica mínima de 4.2
l.p.g (¿?).
Indeseables
Los sólidos no reactivos de baja gravedad son de formación y constituyen
el peor contaminante para cualquier tipo de fluido. Están presentes desde
que se inicia hasta que finaliza la perforación y no existe mecanismo
alguno que los remueva en su totalidad.
La arena es el prototipo de los sólidos no reactivos de formación, es muy
abrasiva y tiene una gravedad específica promedio de 2.6. Siempre es
indeseable, pero realmente causas problemas cuando excede el
porcentaje mínimo requerido de acuerdo con la densidad del fluido.
Este tipo de sólido nunca debe exceder un porcentaje mayor al 10% v/v.
Por tal razón, debe ser removido en forma rápida y eficiente para evitar
que se fraccione y disperse durante la circulación. De lo contrario, se hará
más pequeño, por lo cual se incrementará su área superficial y, en
consecuencia, los problemas operacionales.
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6. BENEFICIOS DEL CONTROL DE SÓLIDOS
El control de sólidos es una tarea difícil pero necesaria, pues mejora la
calidad del fluido Y permite obtener los siguientes beneficios:
- Aumenta la tasa de penetración (ROP)
- Incremento de la vida útil de la mecha
- Mejoramiento de la eficiencia de las bombas
- Disminución de las presiones de circulación
- Minimización de los atascamientos diferenciales de tuberías
- Estabilización de la pared del pozo
- Mejores trabajos de cementación
- Mejor interpretación de los registros eléctricos
- Menores problemas de torque y arrastre
- Mejor control reologico del fluido
- Disminución de los costos operacionales
- Menos daño a la formación
- Incremento de la productividad del pozo.
DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS
Las normativas API RP-13B-1 y 13B-2 describen los procedimientos para
determinar los ensayos físicos y químicos a los fluidos base agua y base
aceite. De estos ensayos, la densidad, el % de sólidos y líquidos y el MBT,
son los utilizados en el cálculo y análisis de sólidos.
Ensayos Físicos
La densidad y el porcentaje total de sólidos, son los dos ensayos físicos
utilizados en el cálculo y análisis de sólidos.
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7. • Densidad: La densidad del fluido se determina con una balanza que
debe tener una precisión de ± 0.1 lpg. Esta balanza se calibra con
agua y el modelo mas utilizado en las operaciones es el siguiente:
Procedimientos: Los pasos a seguir para medir la densidad del fluido,
son los siguientes:
No Pasos
.
1 Lavar y secar la balanza y colocarla sobre una superficie plana.
2 Tomar la temperatura del fluido y registrarla
3 Llenar la copa de la balanza con lodo, darle unos golpes a la
copa con la misma tapa y asentar la tapa con movimientos
giratorios, permitiendo que salga exceso de lodo por el orificio
de la tapa para liberar el aire o gas que haya quedado
atrapado.
4 Tapar el orificio de la tapa con el dedo, lavar la balanza y
colocarla sobre el soporte de la base.
5 Correr el cursor a lo largo del brazo hasta lograr que la burbuja
se encuentre sobre la línea central.
6 Leer la densidad en el borde izquierdo del cursor y registrarla.
• % de Sólidos y Líquidos: Para determinar la cantidad de sólidos y
líquidos en un fluido de perforación se requiere el uso de un equipo
7

8. llamado retorta, con capacidades de 10, 20 o 50 cm³ y camisas
externas de calentamiento.
Funcionamiento: Esta consiste en colocar en una cámara de acero un
volumen determinado de muestra y calentarla hasta que los componentes
líquidos se evaporen. Estos vapores pasan a través de un condensador y
posteriormente son recogidos en forma liquida en un cilindro graduado. El
volumen líquido se mide en porcentaje y el resto de los sólidos,
suspendidos o disueltos, se determinan por diferencia.
Procedimiento: Para determinar el porcentaje de solidos y líquidos en
los fluidos de perforación, base agua o base aceite, se procede de la
siguiente manera:
N. Pasos
1. Limpiar y secar el ensamblaje de la retorta y el condensador
2. Tomar una muestra de fluido y esperar a que se enfrié a
temperatura ambiente
3. Llenar la cámara inferior con muestra de fluido y en forma lenta,
para evitar que quede aire atrapado y en consecuencia obtener
resultados erróneos. Como medida preventiva, golpee suavemente
un lado de la cámara para sacar el aire.
4. Colocar la tapa sobre la cámara y mover en forma rotativa hasta
que cierre completamente, asegurándose de que un pequeño
exceso de fluido salga por el orificio de la tapa.
5. Limpiar el exceso de fluido.
6. Colocar lana de acero en la cámara superior
7. Aplicar lubricante para alta temperatura a las roscas de la cámara
inferior y luego conéctela al condensador de la retorta.
8. Colocar el ensamblaje de la retorta en la camisa de calentamiento y
cierre la tapa aislante.
9. Colocar un cilindro graduado, limpio y seco debajo del condensador
10. Poner en funcionamiento la retorta hasta que la condensación
termine y espere unos diez minutos antes de retirar el cilindro
graduado.
Nota: Si parte del volumen del fluido pasa al cilindro graduado,
8

9. será necesario repetir la prueba
11. Leer registrar el volumen total (agua y aceite) recuperado
Para los fluidos base aceite se debe continuar con los siguientes pasos:
Colocar el cilindro y un contrapeso en oposición al tubo contenedor
12. de la centrifuga y ponerla a girar por dos minutos, a una velocidad
aproximada de 1800 rpm
13. Registrar los volúmenes de aceite y agua recolectados.
14. Calcular el porcentaje en volumen de aceite y agua con base al
volumen total líquido. Por diferencia se obtendrá el porcentaje en
volumen de sólidos.
Tanto los solidos suspendidos como los solidos disueltos serán
retenidos en la retorta. Deben hacerse correcciones para el fluido
con alto contenido de sal.
Ensayos Químicos
Prueba de azul de metileno (MBT): El MBT es un ensayo químico
utilizado para determinar la concentración total de sólidos reactivos
presentes en un fluido base agua.
Esta prueba se realiza, utilizando los siguientes materiales:
• Agua oxigenada (H2O2 al 3%)
• Acido sulfúrico (H2SO4 -5N)
• Solución de azul de metileno
• Papel filtro Whatman
• Frasco Erlenmeyer de 250 cc
• Pipeta de 10 cc
• Jeringa de 1.0 cc
• Calentador
• Varilla de agitación
Procedimiento:
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10. N. Pasos
1. Agregar 10 cc de agua destilada
2. Agregar 1 cc de fluido
3. Agregar 15 cc de agua oxigenada al 3%
4. Agregar 0.5 cc de acido sulfúrico (5N)
5. Hervir suavemente durante 10 minutos
6. Completar hasta 50 cc con agua destilada
7. Agregar ½ cc de azul de metileno y agitar durante unos 30 seg.
8. Tomar una gota de líquido con la varilla de agitación y colocarla
sobre el papel filtro. Mantenga la varilla en posición vertical
9. Calentar y repetir el paso siete hasta lograr obtener un punto
central azul rodeado de una aureola celeste
10. Repetir el paso ocho para corroborar el punto final
11. Registrar la cantidad de azul de metileno gastado
MÉTODOS DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS
Los sólidos perforados pueden ser removidos del sistema de circulación
por tamizado, asentamiento o mediante equipos mecánicos. El tamizado
consiste en la relación de partículas, mediante el uso de mallas de
diferentes mesh y el asentamiento en la precipitación de partículas, según
su gravedad y tamaño. Sin embargo, el control de sólidos se puede
resumir en dos mecanismos principales: químico y mecánico.
La remoción de sólidos ocurre en primera instancia por un proceso de
coladura o tamizado. Parte del porcentaje de solidos que pasa a través de
las mallas, precipita por gravedad en la trampa de arena, donde en
segunda instancia se remueven sólidos por asentamiento. A partir de este
momento, los solidos son removidos del sistema de circulación por un
proceso de centrifugación.
De los métodos de remoción de sólidos el método mecánico es, sin lugar a
dudas, el medio más eficiente y económico para solucionar un problema
de sólidos.
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11. EQUIPOS MECÁNICOS DE CONTROL DE SÓLIDOS
Procesos de Remoción.
De los mecanismos que existen para controlar sólidos, el mecánico es, sin
duda alguna, el mas practico y económico, pero requiere de equipos
apropiados, instalaciones correctas y mantenimiento adecuado. Es
necesario que cada equipo sea instalado en la secuencia correcta; de lo
contrario, pierde eficiencia y en consecuencia los sólidos perforados no
son removidos sino que pasan de nuevo al sistema de circulación. En este
caso se fraccionan y se hacen cada vez más pequeños y por lo tanto
imposible de remover. Esta situación se evita, logrando que los equipos
de control de solidos funcionen con la máxima eficiencia desde el inicio de
la perforación, dado que el control de sólidos es preventivo y no curativo.
Secuencia de Instalación.
Los sólidos son removidos del sistema de circulación de acuerdo con su
tamaño, es decir de mayor a menor. Es por esta razón que los equipos
mecánicos deben ser instalados en secuencia, para que los sólidos no
descartados por un equipo sean removidos por el equipo que le precede.
En este sentido, los equipos básicos que integran el sistema de control de
sólidos en cualquier taladro o gabarra de perforación, deben ser
instalados en la siguiente secuencia: zaranda, desarenador, desilter y
centrifuga de decantación. Estos equipos, deben trabajar con la máxima
eficiencia para minimizar los problemas operacionales atribuidos al control
de sólidos. Es por ello que deben ser diseñados, instalados y mantenidos
adecuadamente por personal especializado.
ZARANDA (SHALE SHAKER)
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12. La zaranda constituye el principal equipo que integra el sistema de control
de sólidos y de su eficiencia operacional depende fundamentalmente el
rendimiento del resto de los equipos. Es el único equipo que procesa todo
tipo de fluido, con o sin peso, y a diferencia de los hidrociclones y de las
centrifugas de decantación, separa partículas basándose en su tamaño.
La zaranda o shale shaker debe funcionar desde el inicio de la perforación
con máxima eficiencia para lograr:
• Máximo descarte de sólidos limpios y secos con mínima perdida de
fluido.
• Máxima recuperación de fluidos costosos.
• Mayor durabilidad y capacidad de procesamiento de las mallas.
• Mínimo daño a los equipos agua abajo.
• Reducir los gastos operacionales.
Este equipo, debe operar todo el caudal en circulación, no debe operar en
ningún momento con mallas rotas ni presentar fugas ni “bypass”. Debe
operar con mallas finas que no causen perdidas excesivas de fluido ni
sobrecarguen a los hidrociclones.
Las zarandas lineales son los equipos mas utilizados por la industria por
su mayor eficiencia operacional. Este tipo de zaranda trabaja con mallas
desde 50 hasta 250 mesh.
Es costumbre en el campo instalar mallas de diferentes tamaños en una
zaranda, por su puesto que esto es un error, ya que los sólidos
descartados por la malla fina, pasa al sistema de circulación a través de la
malla gruesa, pero por experiencia propia desde el inicio de la perforación
hasta que finaliza, hemos usado esta combinación por los derrames que
se presentan al aumentar el galonaje a medida que se profundiza; y de tal
12

13. manera que los sólidos que se van incorporando al sistema se van
sacando ya sea con el mud cleaner o centrifugas decantadoras.
Toda malla descarta, de acuerdo a su punto de corte, el 84% de los
sólidos cuyo tamaño sea igual o mayor al orificio de la malla. Por
consiguiente, el punto de corte de la malla fina es el que predomina en el
proceso de remoción de una zaranda.
La cantidad de zaranda que integran un sistema primario en los taladros y
gabarras de perforación, depende del caudal óptimo diseñado para
perforar el hoyo de mayor diámetro. Es importante también mantener una
buena distribución de flujo uniforme a la entrada del sistema para que
cada zaranda procese el mismo caudal.
Volumen de procesamiento y capacidad de separación
El volumen de fluido que puede procesar una zaranda y la capacidad de
separación de sólidos, depende principalmente de los siguientes
parámetros:
• Motores
• Fuerza “G”
• Retención de las mallas
Los motores: las características básicas de los motores de una zaranda
son: antiexplosivos, trifásicos 230/460, 60 Hz, de 2 a 3 HP, 1770 a 1800
RPM. La velocidad del motor es la que realmente influye en la capacidad
de procesamiento y separación de partículas en una zaranda lineal.
Fuerza “G”: es la fuerza relacionada con la capacidad que tiene la
zaranda para desplazar el fluido, los cortes sobre las mallas. Esta fuerza
depende del porcentaje de ajuste de las contra pesas o pesos excéntricos
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14. colocados en los extremos de los motores y en otras de las RPM de los
motores.
• Amplitud y Emboladas: Se entiende por amplitud el recorrido de la
partícula desde su posición inicial hasta el punto de máximo
desplazamiento, y por embolada el doble de la amplitud. En el
movimiento circular, la amplitud es el radio del círculo y la
embolada es el diámetro, mientras que en el movimiento elíptico,
la embolada es el eje mayor de la elipse y la amplitud es la mitad de
la embolada.
Embolada Embolada
Amplitud Amplitud
Circular Elíptico
La embolada es un parámetro que permite describir el movimiento y la
dirección de las partículas sobre las mallas. La embolada se calcula
mediante una etiqueta o tarjeta que se coloca externamente sobre la
superficie de la canasta (deck). La vibración origina un círculo bien
definido que, conjuntamente con uno de los círculos de la tarjeta, toma la
figura de un ocho. La embolada corresponde al valor del círculo tocado y
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15. la tangente entre los dos círculos indica la dirección de la partícula. Luego
ese valor se toma y se usa la siguiente formula:
Fuerza G = STROKE (EMBOLADA) X (RPM)²
70490
Retención de las Mallas: la tensión de las mallas influye notablemente en
su durabilidad y en la capacidad de separación de las partículas, esto
quiere decir que la falta de tensión aumenta las emboladas y en
consecuencia, lo que retarda la salida o el descarte de las partículas.
Las bajas vibraciones por falta de tensión causan altas emboladas que
facilitan la formación de una capa fina de fluido sobre las mallas, lo que
trae como consecuencia la disminución de la conductancia o
permeabilidad de las mallas.
Las altas emboladas observadas durante la perforación son una
demostración cualitativa del mal funcionamiento de una zaranda, razón
por la cual es imprescindible mantener constantemente el tensionamiento
de las mallas.
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16. MALLAS (SCREEN)
La malla es uno de los componentes de la zaranda que tiene por función
el control de sólidos por tamizado, y su eficiencia depende de una
selección adecuada y del rendimiento del resto de los componentes de la
zaranda.
Para seleccionar la malla mas adecuada de una zaranda, se toman en
consideración varios parámetros, como:
• Caudal o tasa de bomba
• Densidad o peso del fluido
• Viscosidad plástica
• Diámetro del hoyo
• Tasa de penetración
• Tipo de formación
De todos estos parámetros, el caudal, el peso o la viscosidad plástica, son
los que realmente toman en consideración las empresas de servicio para
seleccionar las mallas de sus equipos.
Tamaño (Mesh): Este término se refiere a la cantidad de orificios que
tiene la malla por pulgada lineal.
Es obvio que una malla fina tiene más orificios que una malla gruesa y por
lo tanto, descarta más sólidos, pero tiende a durar menos. La malla
gruesa procesa mas volumen, dura mas, pero descarta menos solidos
indeseables.
NOTA: Después de seleccionar e instalar la malla se debe observar
continuamente su comportamiento real. El factor visual es muy
importante en estos casos. Por ejemplo, una bien seleccionada, instalada
en una zaranda donde todos sus componentes estén funcionando
16

17. adecuadamente, procesa por lo menos el 75% del caudal en circulación,
en otras palabras, permite que el fluido llegue a una distancia entre 30 a
45 cm de su extremo. Sin embargo, es posible que la malla pierda
capacidad de procesamiento a pesar de estar bien seleccionada. Cuando
esto sucede, se debe buscar la causa del problema y no recurrir al cambio
de continuo de mallas, como es costumbre de campo.
Punto de corte: Este término esta relacionado con la cantidad de
partículas descartadas por una malla, un hidrociclon y una centrifuga de
decantación, de acuerdo con un porcentaje establecido.
El punto de corte de un amalla generalmente se refiere al diámetro de su
orificio. Por ejemplo: una malla 210 tiene orificios de 98 µ y su punto de
corte es precisamente 98 µ, lo cual significa que esta malla descarta el
84% de las partículas mayores a 98µ, deja pasar el 16% de las partículas
menores de ese tamaño y descarta con seguridad el 50% de toda
partícula cuyo tamaño este alrededor de 98 micrones.
Es importante resaltar que el punto de corte no se refiere necesariamente
al descarte del 100% de las partículas mayores a dicho valor, por
ejemplo: un punto de corte de 20µ no remueve necesariamente el 100%
de las partículas mayores de 20µ. Pero, si descartara con seguridad el
50% de las partículas que estén alrededor de ese tamaño.
Conductancia: este termino esta relacionado con la permeabilidad de
una malla, es decir, con su capacidad de procesar fluido.
La conductancia disminuye:
• Al reparar las mallas con silicón o con tapones
• Por los soportes o rieles de sustentación que forman la durmiente
donde descansan las mallas.
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18. Actualmente en el mercado se esta usando mucho más las mallas
piramidales por ofrecer sus múltiples ventajas, como son:
• Mayor área superficial
• Mayor capacidad de procesamiento
• Mayor y mejor distribución de los sólidos
• Mayor recuperación de volumen liquido
• Mayor porcentaje de descarte de sólidos secos
• Menor desgaste del tejido
• Menor posibilidad de taponamiento
• Menor efecto saltarín de los sólidos
En las mallas piramidales la fuerza de gravedad obliga a los solidos a
mantenerse en la parte baja de cresta, a lo largo de todo el panel.
Mientras que en las convencionales, los solidos forman una capa continua
sobre ellas que reduce el paso del fluido y disminuye, en consecuencia, su
permeabilidad o conductancia.
ANGULO DE INCLINACIÓN DE LAS ZARANDAS
Las zarandas lineales tienen ángulo positivo y negativo. La orientación
dependerá del tipo de formación. En arena se recomienda una inclinación
positiva entre 2º y 4º, y en arcilla una inclinación que puede variar entre
menos 2 a mas 2º.
En la mayoría de las veces cuando se tiene una inclinación mayor de 3º,
se acumulan sólidos formando una camada en la parte posterior de la
zaranda.
HIDROCICLONES
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19. Un hidrociclon es un cono que separa sólidos por centrifugación. En su
mayoría se fabrican de poliuretano, material liviano y resistente a
temperaturas y abrasividad. Algunos están constituidos por una solo
pieza; otros se pueden dividir en dos o tres partes. Un hidrociclon o cono
es como se muestra a continuación:
Funcionamiento: El proceso de separación de partículas se lleva cabo de
la siguiente manera: el fluido entra al cono a presión y en forma
tangencial, choca contra un vértice y desarrolla una fuerza centrifuga, la
cual permite que las partículas de mayor tamaño y gravedad se separen
de la fase liquida y se peguen a la pared del cono, deslizándose hacia la
parte inferior por donde son descartados. Las partículas de menor tamaño
y gravedad toman el centro del cono y retorna al sistema de circulación
por la parte superior o línea de descarga, tal como se muestra en la
siguiente figura:
Salida (Fluido limpio)
Entrada .
. . . .
Fluido con sólidos
.
19

20. ..
..
..
Corriente de Aire
Capacidad de Procesamiento: la capacidad de procesamiento y la
presión trabajo de un hidrociclon dependen fundamentalmente de su
diámetro interno. La capacidad aumenta en la medida que aumenta el
diámetro interno del hidrociclon, mientras que la presión, suministrada
por la bomba centrifuga que alimenta a los hidrociclones, disminuye.
CONO (ID) 4” 5” 6” 8” 10” 12”
Capacida
500-600
d 50-75 70-80 100-150 150-250 400-500
(GPM)
Presión
(PSI) 30-40 30-40 30-40 25-35 20-30 20-30
Eficiencia Operacional: la eficiencia operacional de un hidrociclon
depende básicamente de:
• La concentración y tamaño de los sólidos
• Las propiedades reologicas del fluido, sobre todo la plástica
• Del porcentaje liquido emulsificado en la fase continua
20

21. Esta eficiencia se determina cualitativamente por el tipo de descarga, que
puede ser: mecate, chorro, paraguas y rocío; y cuantitativamente,
mediante la aplicación de los métodos de remoción.
Punto de corte de los Hidrociclones: El punto de corte de un
hidrociclon incrementa en la medida que aumenta su diámetro interno, tal
y como se aprecia en la siguiente tabla:
4” 5” 6” 8” 10” 12”
15-20 20-25 25-30 30-40 30-40 40-60
El punto de corte de un hidrociclon también se incrementa en los
siguientes casos:
• Cuando se perfora con fluidos base aceite
• Cuando se incrementa la cantidad de partículas por falta de
remoción
Está demostrado que el punto de corte de un hidrociclon de 4” aumenta
de 20 a 70µ cuando se perfora con un fluido base aceite. Esto significa
que su eficiencia disminuye drásticamente dado que un porcentaje
aproximado del 84% de las partículas entre 20 y 70µ no es removido,
agravando la situación con el control de sólidos. El incremento de
partículas aumenta la viscosidad plástica y a su vez el punto de corte.
Cono Lavado: Los hidrociclónes son afectados por los sólidos y las altas
temperaturas. Cuando la superficie interna del cono muestra cierta
rugosidad, producto de la acción abrasiva de los sólidos, se dice que esta
lavado y por lo tanto debe ser reemplazado. Igualmente sucede con las
21

22. boquillas de descarga, deben ser sustituidas cuando pierden consistencia
por las altas temperaturas.
DESARENADOR.
Es un equipo de control de sólidos diseñado para remover arena. Este
aparato puede estar formado por uno, dos o tres conos, generalmente de
10 o 12” de diámetro interno, con punto de corte de 40µ.
Cada cono procesa aproximadamente 500 gal/min y debe estar en
capacidad de procesar el 125% del volumen total en circulación.
La cantidad de conos que integran un desarenador se toma con base al
caudal máximo a usar durante la perforación del hoyo superficial, y es por
ello que la mayoría de los taladros tienen instalados desarenadotes de dos
conos.
DESILTER
Es un equipo de control de sólidos diseñado para remover sedimento,
partículas entre 2 y 74µ. Su capacidad de procesamiento depende del
22

23. tamaño y cantidad de conos que lo integran. Generalmente tiene varios
conos de 4” que manejan aproximadamente 50 gal/min c/u, con punto de
corte de 20µ. Un desilter de 10 conos de 4” procesa aproximadamente
500 gal/min, y esta en capacidad de manejar el 150% del volumen total.
LIMPIADOR DE LODO O MUD CLEANER
El limpiador de lodo o mud cleaner es un equipo de control de sólidos que
combina desilter, desander con una malla fina.
La función básica de un limpiador de lodo consiste en hacer pasar a través
de la malla fina, generalmente de 210 mesh en adelante, la descarga
inferior del desilter y/o desander, recuperar barita, carbonato y descartar
los sólidos perforados. Este procedimiento permite mantener libre de
impurezas al fluido, sin perder densidad.
Cuando se trabajo con un mud cleaner es de suma importancia conocer la
potencia del motor de la bomba centrifuga que alimenta tanto al desilter
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24. como al desander, ya que sobrepasar la relación de “4 veces la densidad
del fluido, podría causar problemas de sobrecalentamiento y dañar el
motor.
Este equipo conocido como tres en uno, opera como una sola unidad
integrada por un desarenador y un desilter montados sobre una zaranda
lineal. Esta combinación ahorra espacio, sobre todo en las gabarras de
perforación.
Este equipo tiene una gran capacidad de procesamiento y se utiliza
frecuentemente, tanto en el proceso de recuperación de fases liquidas
costosas y descarte de sólidos indeseables, como en el proceso de
solidificación de sólidos.
BOMBAS CENTRIFUGAS
Es un equipo provisto de un impeler o rotor, un eje y una cubierta
(carcaza), que descarga fluido por fuerza centrifuga. La descarga de una
bomba centrifuga depende básicamente del diámetro del impeler, el cual
puede variar, en algún tipo de bomba, entre 8-1/2” y 13-1/4”. Las que se
usan en el campo son como se muestra a continuación:
24

25. Función de las Bombas Centrifugas: Las bombas centrifugas son
utilizadas en los taladros de perforación para alimentar a los
desarenadotes y desilter. La que alimenta al desarenador succiona del
compartimiento del tanque donde llega el fluido después de pasar por las
zarandas y la que alimenta al desilter succiona del compartimiento donde
descarga el desarenador. Tanto la succión como la descarga deben estar
formadas por líneas rectas, para minimizar la perdida de presión por
fricción. La longitud de estas líneas no debe ser mayor a tres veces su
diámetro; es decir, para una bomba de 6”x5”, la succión debe ser menor
de 18’ (6x3=18) y la descarga menor de 15’ (5x3=15).
Para evitar problemas de sedimentación o erosión que afecten
considerablemente el impeler de las bombas centrifugas, y en
consecuencia el caudal y la presión, se requieren velocidades mínimas de
flujo de 4 pies/seg en la succión y 10 pies/seg, en la descarga.
Carga: La carga de una bomba centrifuga se relaciona con la altura
alcanzada por el fluido en tubo vertical abierto, es independiente del fluido
bombeado y depende la geometría del casco de la bomba, del diámetro
del impeler y de la velocidad de rotación. En conclusión: la carga es
función de la altura y la presión es función del peso del fluido.
25

26. La mayoría de los hidrociclones están diseñados para trabajar con 75 pies
de carga y con una presión de más o menos cuatro veces la densidad del
fluido, es decir:
Presión = 0.052xWxH= 0.052xWx75 = a ± 4W
En la tabla mostrada a continuación, se puede notar la variación de la
presión de una bomba centrifuga, según la carga y el peso del fluido:
Peso (Lb/gal)
Presión
8.5 9.0 9.5 10.0 10.5
30 68 64 61 58 55
35 79 75 71 67 64
40 91 86 81 77 73
45 102 96 91 86 62
50 113 107 101 96 92
Efecto de la carga sobre la presión, caudal y punto de corte de un
cono:
Es un hecho que la presión de trabajo y la capacidad de procesamiento de
un hidrociclon disminuye al bajar la carga, pero el punto de corte
aumenta, lo cual reduce en forma notable la remoción de partículas finas.
En la siguiente tabla se pude confirmar lo anteriormente dicho:
Punto de corte Tasa de flujo
Presión (Psi) Carga (Pies)
D 50% (GPM)
58 128 16 65
40 88 18 54
17 38 25 35
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27. Características principales de las bombas centrifugas:
En la siguiente tabla se muestra las características de algunas bombas
centrifugas usadas por la industria en taladros de perforación:
Rango máximo de
Carga
Trabajo
Tamañ Descarg Succió
Eje Diámetro Altur
o a n Caudal Presión
Del a
(GPM) (PSI)
Impeler (Pies)
1”x1-1/2” 1” 1-1/2” 1-1/8” 8-1/2” 10-140 335 145
1-1/2”x2” 1-1/2” 2” 1-1/8” 8-1/2” 20-225 325 140
2”x3” 2” 3” 1-1/8” 8-1/2” 40-450 325 140
3”x2” 2” 3” 1-7/8” 13” 50-450 360 155
3”x4” 3” 4” 1-7/8” 13” 100-600 355 153
4”x5” 4” 5” 1-7/8” 12” 200-800 178 77
5”x6” 5” 6” 1-7/8” 12” 400-1200 172 74
6”x8” 6” 8” 1-7/8” 13-1/4” 400-1600 200 86
CENTRIFUGA DE DECANTACIÓN
Una centrifuga de decantación es un equipo de control de sólidos que
remueve sólidos por centrifugación. Está conformado por un tambor
(bowl) de acero inoxidable y un transportador o tornillo helicoidal con
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28. doble conexión (screw conveyor) que gira en diferente dirección al bowl y
a una velocidad ligeramente menor.
Funcionamiento:
El fluido entra por el lado de la descarga sólida, cuando este fluido entra
debido a las rpm que va girando el bowl, se genera internamente una
fuerza centrifuga, la cual lo experimenta el fluido, lo que permite separar
la fase sólida de la liquida. El conveyor que se encuentra adentro arrastra
todos los sólidos que se pegan en la pared del bowl y la fase liquida va
saliendo por las boquillas del otro extremo del bowl.
Estado de humedad y sequedad de los sólidos:
El estado de humedad y sequedad de los solidos descartados por una
centrífuga de decantación se puede lograr mediante el cambio de las rpm
del bowl. Al aumentar la velocidad, los solidos salen más secos. Porque
disminuye la cantidad de solidos que permanecen sedimentados en la
pared del tambor, pero al bajar las rpm, los sólidos salen mas húmedos.
15.3 Fuerza “G”
La fuerza “G” de una centrifuga es función solo de las rpm de bowl y se
calcula mediante la siguiente ecuación:
G = (RPM bowl)² (.0000142) (Ø bowl en plg)
Una mayor velocidad del bowl genera una alta fuerza “G” y acelera el
proceso de sedimentación. Esto da como resultado:
• Descarga liquida mas limpia
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29. • Sólidos mas secos
• Mayor fuerza de deslizamiento
TIPOS DE CENTRIFUGAS
En perforación se utilizan por lo general dos tipos de centrifugas: una de
baja revoluciones, para recuperar barita y otra de alta para descartar
sólidos cercanos al tamaño coloidal (2-5µ). Estas centrifugas se colocan
en secuencia y pueden operar independientemente o en serie.
Centrifuga de Baja
Esta centrifuga trabaja a ± 1800 RPM, desarrolla
una fuerza “G” de ± 1000, con punto de corte de
5µ. Procesa de 10 a 30 GPM, con un factor de
dilución de 2 a 6 GPM, dependiendo del peso y
viscosidad del fluido. A mayor peso, la capacidad de
procesamiento de la centrifuga es menor.
Este tipo de centrifuga descarta aproximadamente
el 40% o mas del fluido procesado, porque mas o
menos un 25% de la barita, antes de entrar en
circulación, tiene un tamaño de 6µ, el cual se
reduce a 5µ una vez que entra en circulación.
Centrifuga de Alta
Esta centrifuga trabaja a ± 3400 RPM, desarrolla
una fuerza “G” de ± 3000, con punto de corte de
2µ. Procesa de 40 a 90 GPM, dependiendo, por
supuesto, del peso del fluido. No usa dilución, salvo
cuando el fluido tenga alta viscosidad.
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30. Al perforar con fluido densificado o no, es decir,
con o sin barita, carbonato, se recomienda tener
disponible una centrifuga de alta, para solventar
problemas de floculación causados por sólidos ultra
finos. Este problema es grave, sobre todo cuando
se perfora con fluido pesado
Centrifugas de alto
Volumen
Estas centrifugas pueden procesar caudales entre
250 y 300 GPM, con densidad de 9 lb/gal y se
utilizan normalmente para tratar fosas de desecho
en control ambiental.
Centrifuga secadora
Actualmente se usan centrifugas secadoras
compactas que carecen de vibración y funcionan
con mallas de diferentes tamaños. Este tipo de
centrifuga trabaja normalmente a 1100 RPM y tiene
la ventaja de recuperar mas del 50% del fluido
tratado.
Tasa de Flujo.
La tasa de flujo procesada por una centrifuga debe ser igual al caudal de
alimentación, pues de lo contrario se originan problemas de
taponamiento.
Caudal procesado según el peso del fluido.
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31. Para lograr las ventajas que ofrecen las centrifugas como equipo de
control de sólidos, es imprescindible ponerlas a trabajar con su capacidad
real de procesamiento.
En la siguiente tabla se observan los caudales procesados por diferentes
tipos de centrifugas, de acuerdo a la densidad del fluido:
Centrifuga
Densidad
Baja Alta Alto Volumen
8.5 40 90 -
9.0 38 75 250
9.5 - 65 200
10.0 36 60 150
11.0 34 40 -
12.0 31 - -
13.0 27 - -
14.0 23 - -
15.0 20 - -
16.0 17 - -
17.0 13 - -
18.0 10 - -
19.0 8 - -
20.0 7 - -
DESGASIFICADOR
Este equipo, aunque no forma parte de los equipos de control de
sólidos, ayuda a mejorar su eficiencia al remover el gas del fluido cuando
esta presente. Este debe procesar un volumen mayor al de la tasa de
bombeo para evitar la recirculación del gas y debe succionar del
compartimiento continuo a la trampa de arena y descargar en el siguiente
compartimiento. Es recomendable mantenerlo en funcionamiento
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32. mientras se obtiene el fondo arriba, para remover el posible gas de viaje o
de conexión.
El gas disminuye considerablemente la densidad del fluido y afecta, por
cavitacion las bombas de lodo y las centrifugas que alimentan a los
hidrociclones. Cuando hay problemas con gas, es recomendable bajar la
reologia del fluido para facilitar el desprendimiento de las burbujas, y
mejorar de esta manera la eficiencia del desgasificador.
Una manera de verificar la eficiencia de un desgasificador es pesando el
fluido en la succión y descarga del equipo, de manera que si la diferencia
de densidad es mínima, indica baja eficiencia y si es alta, todo lo
contrario.
CONCLUSIÓN
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33. Desde el punto de vista del aprendizaje y mejoramiento continuo que se
puedan establecer en una empresa; este manual tiene como finalidad y
objetivo principal, el llevar a cabo a través de todos los trabajadores el
cumplimiento que establece la Política de Calidad, como es el
adiestramiento continuo a través de las normas de calidad ISO 9000.
Este manual tiene una serie de conocimientos teóricos de control de
sólidos que ayudan al técnico a mejorar su capacidad de servicio en el
campo laboral, así como también están contemplados las gamas de
equipos que poseen diferentes compañías diseñadoras de Equipos de
Control de sólidos a nivel Internacional, que ayudan a reconocer y estar
informado de la actualidad y la alta tecnología que poseen.
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